CN104962128A - 一种抗总剂量屏蔽涂层材料的制备与涂敷方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗总剂量屏蔽涂层材料的制备与涂敷方法，具体包括如下步骤：将高原子序数材料与高分子聚合物混合均匀得混合涂料A；将低原子序数材料与高分子聚合物混合均匀得混合涂料B；先将混合涂料A涂敷在器件壳表层，形成高原子序数材料层，然后在所述高原子序数材层表面涂敷料混合涂料B，形成低原子序数材料层，即可。本发明通过对抗总剂量涂层材料的制备和在产品的机壳内壁上涂敷方法，使得涂层能够经受航天器的发射段和在轨空间环境的考核，该涂层使得涂敷后产品在抗空间辐射环境总剂量能力方面有较大的提高。

Description

一种抗总剂量屏蔽涂层材料的制备与涂敷方法

技术领域

本发明涉及航天飞行器抗总剂量屏蔽领域，特别涉及一种抗总剂量屏蔽涂层材料的制备与涂敷方法。

背景技术

航天器在太空中飞行时，太空环境中的空间重离子和高能粒子被元器件吸收，停留在元器件中，随着总量的增加，会导致航天器的功能和性能随着时间的增加而逐渐衰减，最终导致航天器不能正常工作，严重影响航天器的使用寿命和可靠性，这一情况被称为总剂量效应。对元器件进行处理以减缓或避免这一现象发生的措施被称为抗总剂量加固措施。现有的抗总剂量加固采取的方法一般是在元器件表面贴铅皮或钽皮等重金属材料。在图1所示的一个例子中，要对一位于电路板的器件做抗总剂量加固，现有方法是在所述器件的表面通过绑扎线绑扎铅皮或钽皮等重金属材料。也可以将铅皮或钽皮以粘贴的方式安置在元器件的表面，从而实现对元器件的保护。

现有技术中的这一方法存在着明显的缺陷：由于重金属材料直接应用在元器件表面，在太空环境中的空间重离子和高能粒子的作用下，这些重金属材料容易发生核反应而产生次级粒子(即韧致辐射问题)，这可能会造成更为严重的辐射问题，情况严重时可导致卫星不能正常工作，严重影响卫星使用寿命和可靠性。另外，随着技术的不断进步，元器件的体积越来越小，将铅皮或钽皮粘贴在元器件表面的难度也越来越大。因此，这一方法已经无法满足现代航天器发展的需要。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种抗总剂量屏蔽涂层材料的制备与涂敷方法。本发明所要解决的问题是克服上述现有加固材料存在的韧致辐射问题，从而提供一种能够解决韧致辐射问题，抗总剂量效果更佳的屏蔽涂层材料的制备和提高涂层材料粘结力的涂敷方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种抗总剂量屏蔽涂层材料的制备与涂敷方法，具体包括如下步骤：

将高原子序数材料与高分子聚合物混合均匀得混合涂料A；

将低原子序数材料与高分子聚合物混合均匀得混合涂料B；

先将混合涂料A涂敷在器件壳内壁表层，形成高原子序数材料层，然后在所述高原子序数材表面涂敷料层混合涂料B，形成低原子序数材料层，即可。

优选地，所述高原子序数材料层与所述低原子序数材料层的厚度之和不超过0.5mm。

更优选地，所述高原子序数材料层的厚度为0.2～0.3mm；所述低原子序数材料层的厚度为0.15～0.2mm；所述高原子序数材料层的厚度进一步优选为0.20mm。

优选地，所述混合涂料A中高原子序数材料与所述混合涂料B中低原子序数材料的密度之比为3：1。

优选地，所述高原子序数材料包括钽粉、钡粉、锇粉、铱粉、铂粉、金粉或钨粉。

优选地，所述低原子序数材料包括硅粉、铜粉或镍粉。

优选地，所述高分子聚合物包括纯化硅橡胶、聚氨酯、聚乙烯、环氧树脂或聚酰亚胺。

更优选地，所述高分子聚合物为纯化硅橡胶，纯化硅橡胶是满足航天器使用的一种硅橡胶，其总质量损失和可凝挥发物是满足航天器一般产品的使用要求，即总质量损失不大于1％，可凝挥发物不大于0.1％。

优选地，所述方法还包括，在涂敷混合涂料A之前，将器件壳内壁表层进行网格化分；为了提高涂层涂敷在产品上的粘结力，并且涂敷在产品的机壳内壁上，并且需要将产品的机壳内壁进行网格划分，网格划分的大小不宜超过20×20cm²，可以根据不同产品的尺寸大小进行调整，粘结强度，经过理论分析和地面试验验证，涂层材料经过涂层粘结工艺和与机壳的网格划分，可以满足产品的使用要求，同时涂层材料能够较大幅度的提高产品抗空间环境的辐射总剂量能力。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：采用本发明克服了由于重金属材料直接应用在元器件表面，在空间重离子和高能粒子等作用下，发生核反应而产生次级粒子(韧致辐射)，可能造成更为严重的辐射问题，同时通过改变产品的机壳内壁的构型，提高涂层材料的粘结强度，解决涂层材料在试验和使用过程中的脱落或龟裂现象的发生。使得航天飞行器上的产品抗总剂量能力得到提升，有效地提高了卫星寿命和可靠性。可广泛应用于航天飞行器上，特别是地球同步轨道卫星，抗总剂量屏蔽效果更佳。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是现有技术示意图；

图2是本发明结构分解示意图；

图3是本发明涂敷实物图；

其中，1是电路板，2是铅皮或钽皮等，3是器件，4是绑扎线，5是受屏蔽元器件，6是第一层铝基体，7是第二层钨粉层，8是第三层镍粉层；a、b、c是不同网格化分后涂敷的实物图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

参考图2，本发明的抗总剂量屏蔽涂层材料的制备和涂敷方法中，涂层的成分为钨粉和镍粉按照面密度比为3:1，其中，钨粉层厚度为0.20～0.30mm左右，镍粉层厚度为0.15～0.20mm，总厚度为0.35～0.50mm，通过纯化硅橡胶进行混合搅拌。

第一层的作用是利用低原子序数材料较大的电离阻止本领来慢化和屏蔽初级电子。该层由低原子序数材料组成，它在本实施例中采用了铝材料，而在其他实施例中可采用镁合金、铝镁合金或锂镁合金等等材料。在实际应用中，第一低原子序数层可直接单机机壳等航天器中已有的部件实现。第一层，低原子序数层的厚度一般在1mm到3mm之间。为了减轻航天器的总体质量，作为一种优选实现方式，采用了本发明的屏蔽装置的航天器可减少机壳的厚度，如由3mm减少到1mm，但仍能达到抗总剂量屏蔽能力较原机壳有明显提高的屏蔽效果。

第二层，高原子序数层的作用是利用高原子序数材料较大的散射截面有效地散射电子，并吸收二次韧致辐射光子。该层由高原子序数材料组成，在本实施例中，所述高原子序数层采用了钨材料实现，但在其他实施例中，也可采用诸如钽、钡、锇、铱、铂和金等材料。所述高原子序数层的厚度在0.20～0.30mm之间，优选0.20mm。

第三层，低原子序数层的作用是吸收高原子序数材料中产生的光电子和背散射电子，同时可抑制X射线与材料作用产生的二次光电子发射和电子背散射。该层由低原子序数材料组成，在本实施例中采用了镍材料，而在其他实施例中可采用前文中所提到的诸如硅、铜等材料。第二低原子序数层的厚度一般大于次级光电子的射程，其范围在0.15～0.20mm之间。所述高原子序数层与第二低原子序数层的厚度之和一般不超过0.5mm，经过实验证明，这一厚度会使得屏蔽装置的质量与屏蔽效果间达到一个较好的平衡。

上述各个屏蔽层之间可采用高分子聚合物作为粘合剂进行粘合，所述高分子聚合物如纯化硅橡胶、聚氨酯、聚乙烯、环氧树脂、聚酰亚胺等。

上述屏蔽层涂敷在单机机壳内壁上，内壁的构型也是影响涂层涂敷稳定性的关键一环，通过对单机机壳内壁进行网格划分，减少涂层材料的涂敷面积，增加涂层与机壳的粘结强度，满足航天器试验要求(如图3所示)。

本发明所采取的方式是多种材料利用原子序数不同，对空间高能粒子，特别是高能电子利用互补吸收的机理，抗总剂量屏蔽装置在整机(仪器)级实施，为了实现不同屏蔽层之间的粘合，采用以仪器机壳(一般为Al)为基体，以高分子聚合物为粘合剂(如纯化硅橡胶、聚氨酯、聚乙烯、环氧树脂、聚酰亚胺等)，以金属(或非金属)粒子为填料的抗总剂量屏蔽涂层材料。同时高分子材料本身对质子等重离子也具有良好的辐射屏蔽性能。将高原子序数和低原子序数涂层涂敷于仪器机壳上，可在减少机壳厚度(由3mm减少到1mm)的前提下，达到抗总剂量屏蔽能力较原机壳有明显提高的屏蔽效果，有效地提高了卫星可靠性。可广泛应用于航天飞行器上，特别是地球同步轨道卫星，抗总剂量屏蔽效果更佳。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种抗总剂量屏蔽涂层材料的制备与涂敷方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

将高原子序数材料与高分子聚合物混合均匀得混合涂料A；

将低原子序数材料与高分子聚合物混合均匀得混合涂料B；

先将混合涂料A涂敷在器件壳内壁表层，形成高原子序数材料层，然后在所述高原子序数材料层表面涂敷混合涂料B，形成低原子序数材料层，即可。

2.根据权利要求1所述的抗总剂量屏蔽涂层材料的制备与涂敷方法，其特征在于，所述高原子序数材料层与所述低原子序数材料层的厚度之和不超过0.5mm。

3.根据权利要求2所述的抗总剂量屏蔽涂层材料的制备与涂敷方法，其特征在于，所述高原子序数材料层的厚度为0.2～0.3mm；所述低原子序数材料层的厚度为0.15～0.2mm。

4.根据权利要求1所述的抗总剂量屏蔽涂层材料的制备与涂敷方法，其特征在于，所述混合涂料A中高原子序数材料与所述混合涂料B中低原子序数材料的密度之比为3：1。

5.根据权利要求1或4所述的抗总剂量屏蔽涂层材料的制备与涂敷方法，其特征在于，所述高原子序数材料包括钽粉、钡粉、锇粉、铱粉、铂粉、金粉或钨粉。

6.根据权利要求1或4所述的抗总剂量屏蔽涂层材料的制备与涂敷方法，其特征在于，所述低原子序数材料包括硅粉、铜粉或镍粉。

7.根据权利要求1或4所述的抗总剂量屏蔽涂层材料的制备与涂敷方法，其特征在于，所述高分子聚合物包括纯化硅橡胶、聚氨酯、聚乙烯、环氧树脂或聚酰亚胺。

8.根据权利要求1所述的抗总剂量屏蔽涂层材料的制备与涂敷方法，其特征在于，所述方法还包括，在涂敷混合涂料A之前，将器件壳内壁表层进行网格化分。

9.根据权利要求1或8所述的抗总剂量屏蔽涂层材料的制备与涂敷方法，其特征在于，所述网格划分处的宽度大于1mm。

10.根据权利要求1或8所述的抗总剂量屏蔽涂层材料的制备与涂敷方法，其特征在于，所述方法还包括，在涂敷混合涂料A之前，将所述器件壳厚度减薄至1mm。